Согласно средневековой схеме Вселенной, феодальная иерархия церкви и государства ярко блистала на небе, где Солнце было монархом, а планеты - знатными вассалами, довольно непокорными и потенциально всегда готовыми к мятежам. Ангелы и бароны, орлы и мухи, деревья и травы, драгоценные камни и глина - все имели свое место в иерархии, завершавшейся Богом, и ангелы по нисходящей степени важности заведовали неподвижными звездами и планетами. Говоря «по научному», Земля была центром Вселенной, а Луна, Солнце и пять известных планет - совершенными небесными телами, прикрепленными каждое к собственной небесной хрустальной сфере. Сферы были вложены одна в другую, точно русские матрешки, и восьмая сфера несла все «неподвижные» звезды.
Шекспир влагает в уста своего Улисса такое объяснение:
На небесах планеты и Земля
Законы подчиненья соблюдают,
Имеют центр, и ранг, и старшинство,
Обычай и порядок постоянный.
И так далее. Сомневаться в таком порядке было весьма опасно; когда Шекспир писал «Троила и Крессиду», в Риме сожгли на костре Джордано Бруно.
В 1600 году в Штирии начались религиозные гонения, и все профессора из числа протестантов были выгнаны из Греца, в том числе и Кеплер. Но на его счастье Тихо Браге вызвал его в Прагу в качестве своего помощника. Место, по-видимому, было выгодное, но вскоре по приезде своем Кеплер писал:
«Все здесь неверно; Тихо такой человек, с которым нельзя жить, не потерпев жестоких оскорблений. Содержание обещано блестящее, но касса пуста и жалованье не дают».
Жена Кеплер выпрашивала у Тихо Браге жалованье своего мужа по флоринам. Через год Браге умер, и Кеплер оказался вместо него придворным астрономом с жалованьем 1500 флоринов, которое опять не выдавали. Кеплер писал:
«Я теряю время при дверях казначейства; напрасно стою перед ними, как нищий».
Одно обстоятельство утешало Кеплера в его стесненном состоянии: он свободно распоряжался оставшимися наблюдениями Тихо Браге и искал в них тайны движения планет.
По смерти императора Рудольфа его преемник, Матвей, вызвал Кеплера на сейм в Регенсбург (1613), где обсуждалось исправление календаря, который протестанты отвергли из ненависти к папизму. Хотя Кеплер принадлежал к свите императора, но для пропитания своего вынужден был издавать календарики с предсказаниями. Новый «папский» календарь Кеплер защитил.
Верил ли Кеплер гороскопам? Может быть, да, а возможно и нет, и составлял их, всего лишь повинуясь приказаниям повелителей.
Однажды он написал:
«Люди ошибаются, думая, что от небесных светил зависят земные дела. Светила дают нам один только свет, и по форме их соединения при рождении ребенка ребенок получает жизнь в той или иной форме. Если лучи гармонируют между собою, то новорожденный получает прекрасную форму души, а душа устраивает себе прекрасное жилище. Впрочем, сильные всегда рождаются от сильных, а добрые - от добрых».
Вот еще более понятное место:
«Философы, хвалящиеся своею мудростью, не должны жестоко осуждать дочь астрономии, питающую свою мать. Действительно, не многие бы стали заниматься астрономией, если бы люди не надеялись выучиться читать на небе будущее».
Кеплер пытался подвести под правильные законы расстояния и движения планет. Он был уверен в существовании этих законов, основываясь на мысли Платона, что мир устроен по правилам геометрии. Опыты над этим предметом долго оставались бесплодными; наконец, он предположил, что число планет и их расстояния имеют прямое отношение к правильным телам древних геометров. Таких тел было пять: тетраэдр, гексаэдр, октаэдр, додекаэдр, икосаэдр. Теперь вообразим сферу, радиус которой равняется радиусу орбиты Луны - и опишем около нее октаэдр. Другая сфера, описанная около этого октаэдра, будет иметь радиус, равный радиусу орбиты Венеры. Около второй сферы опишем икосаэдр и около него третью сферу: радиус будет равен радиусу орбиты Земли. Около третьей сферы опишем додекаэдр и около него четвертую сферу: ее радиус будет равен радиусу орбиты Марса. Около четвертой сферы опишем тетраэдр и около него сферу шестую, ее радиус будет равняться радиусу Сатурна.
Кеплер не мог выразить своего удовольствия от этого открытия, в котором он видел не одно правильное расположение планет, но и причину их числа.
Он нашел способы определения географической долготы посредством наблюдения солнечных затмений. Эти способы требуют больших вычислений, нежели затмения Луны, но зато результаты получаются гораздо точнее.
В первых своих исследованиях Кеплер не осмеливался еще отвергнуть эксцентрики и эпициклы Альмагеста, принимаемые также Коперником и Тихо Браге. Он только утверждал, что соединения планет надо относить к истинному, а не к среднему Солнцу. Но чрезвычайно трудные и многолетние вычисления не удовлетворяли его. Разности между вычислениями и наблюдения простирались до 5 и 6 минут градуса. От этих-то разностей он хотел освободиться, и наконец открыл истинную систему мира. Только тогда он решительно отказался от движения планет по кругам около эксцентра, то есть около точки воображаемой, невещественной. Вместе с такими кругами уничтожились и эпициклы. Теперь Солнце предстало центром движения планет, совершающегося по эллипсу, в одном из фокусов которого находится этот центр.
Чтобы представить объем вычислений, проделанных Кеплером для достижения результата, сообщим, что каждое его вычисление занимает 10 страниц, но вычисления он повторял по 70 раз. Итого: 700 страниц. Вычисляющие знают, сколько можно сделать ошибок, и сколько раз надо проделывать вычисления, занимающие 700 страниц. И это одно вычисление!..
18 марта 1618 года он решил сравнить квадраты времен вращения с кубами расстояний, но, по ошибке вычисления, нашел, что закон неверен. 15 мая он вновь переделал вычисления, и закон оправдался. Но и тут Кеплер сомневался в нем, потому что во втором вычислении также могла быть ошибка.
…Он жил всегда в бедности, и поэтому принужден был работать для книгопродавцев, которые требовали от него почти ежедневных новостей. Он не имел времени обдумывать свои мысли. Он излагал их такими, какими они рождались в его уме. Он думал вслух. Много ли найдется ученых, которые перенесли такую пытку? 15 ноября 1630 года Кеплер умер. В наследство своему семейству он оставил 22 экю, платье, две рубашки, 57 экземпляров своих Эфемерид и 16 экземпляров Рудольфовых таблиц. Он сам сочинил себе эпитафию, которую можно прочитать в регенсбургской церкви св. Петра:
«Я измерял небо, а теперь меряю подземный мрак. Душа на небе, здесь одно только тело».
С Кеплера надо начинать историю телескопа с делениями, предназначенными для измерения углов. Он, составляя свою диоптрику, уже знал, что Галилей открыл спутники Юпитера. Роль телескопа в астрономии далеко не исчерпывается такими открытиями. Не менее важно применение телескопа к точным угловым измерениям.
В 1610 году, год спустя после появления сочинения Кеплера о движениях Марса, профессор математики Падуанского университета Галилей (1564–1642) в книге «Звездный вестник» сообщил, что на базе изобретенной в Голландии зрительной трубы из двойных стекол он построил прибор, увеличивающий все предметы в тридцать с лишним раз. Из его сообщения, представляющего по объему всего несколько страниц, ученые неожиданно узнали, что с помощью этого прибора он установил неслыханные факты: на Луне, вероятно, имеются моря и атмосфера, и уж во всяком случае имеются горы, высоту которых можно определять и которые превосходят по высоте земные горы; Млечный Путь - ничто иное, как масса звезд, и то же самое можно сказать о туманных пятнах; число неподвижных звезд намного превышает то, которое видно невооруженным глазам; Юпитер имеет четыре спутника, и т. д., и т. п.
Эта книга сразу же сделала Галилея знаменитостью. Он проехал со своим инструментом по главным городам Италии, чтобы показать всем то, что видел сам. Великий герцог Тосканский Козимо II назначил ему пенсию как своему математику и философу, и он переехал из Падуи во Флоренцию, откуда был родом.
Вслед затем он описал внешний вид Сатурна, объяснением которого впоследствии занялся Гюйгенс. Установил существование фаз Венеры и пятен на Солнце. Заслугу этого последнего открытия у Галилея оспаривали, потому что он долго не публиковал результаты своих наблюдений. Однако приоритет, по-видимому, действительно принадлежит ему.
Астрономические открытия Галилея неожиданно дали много доказательств истинности гипотезы Коперника. Хотя сам Галилей, как человек осторожный, все же избегал одобрения этой гипотезы в своих печатных трудах. Затем: он знал, что Кеплер развил систему Коперника, подтвердив ее собственными исследованиями, но нигде ни слова не говорит о замечательном сочинении Кеплера, и даже не упоминает имени немецкого астронома. А ведь он имел текст теории движения Марса; Кеплер послал его Галилею еще в 1609 году.
Однако выводы, сделанные из открытий Галилея, более смело излагали другие ученые, и в конце концов гипотеза Коперника превратилась в теорию. Перипатетики, раньше не мешавшие обсуждению мнений Коперника, как принадлежащих к разряду гипотез, сочли необходимым прибегнуть к церковному авторитету. Католическое духовенство нашло, что учение Коперника противоречит Священному писанию, а Галилей и его последователи стали утверждать, что это противоречие призрачно.
Решение, осуждающее взгляды Коперника, было вынесено 5 марта 1616 года. Галилей был вызван к кардиналу Беллармину, который запретил ученому отстаивать мнение Коперника в речах и сочинениях. Галилей обещал исполнить этот приказ; он понимал, что решение было вынесено таким трибуналом, который формально не мог считаться непогрешимым, и полагал, что придет и его время и он будет оправдан.
В самом деле, в 1623 году одни из флорентийских Барберини, с которым Галилей находился в дружеских отношениях, стал папой под именем Урбана VIII, и в том же году Галилей получил разрешение на издание своего сочинения «Весы». В нем, ведя полемику с иезуитом Орацио Грасси по поводу появившихся в 1617 году трех комет, он напал на систему Птоломея. Поскольку доктрина Коперника была осуждена католической церковью, он не высказывался прямо в ее защиту, зато не без некоторой иронии предложил оппоненту отыскать третью космологическую систему.
В 1630 году он представил на рассмотрение папы рукописный «Диалог о двух великих системах мира, коперниканской и птоломеевой», в котором три собеседника: Сальвиати, Сагредо и Симплиций обсуждали мнения Птоломея и Коперника, не приходя в конце концов ни к какому решительному заключению. Урбан VIII, по-видимому, одобрил содержание диалога, и он был издан во Франции в 1632 году, что вызвало в Риме большой скандал. Папу уверили, что под именем Симплиция, отвергавшего всякие мнения, несогласные со схоластической традицией, Галилей выставил в смешном виде именно его. Расположение папы было утрачено; Галилея вызвали на суд инквизиции, и содержали под арестом 20 дней.
Интересно, что Сальвиати, благородный флорентиец, поддерживающий систему Коперника, и Сагредо, благородный венецианец, человек умный, но более светский, нежели ученый, - оба действительно существовали и были друзьями Галилея. Третьего собеседника автор назвал Симплицием, именем одного перипатетика, от которого дошел до нас комментарий на «Небо» Аристотеля.
Но в это никто не вникал; ученого вынудили, став на колени, публично отречься от своих «заблуждений». Вынесенный над ним 22 июня 1633 года приговор обрекал его на заключение в тюрьму и возлагал на него обязанность ежедневно вслух произносить в течение трех лет молитвы о покаянии. Однако от тюремного заключения его все же избавили, и позволили удалиться в Сиену, где он жил пять месяцев у одного из своих старых учеников, епископа. Наконец ему разрешили поселиться недалеко от Флоренции, в сельском доме, однако в него не впускали друзей Галилея. В 1636 году, когда он уже ослеп, ему были предоставлены некоторые льготы, благодаря которым его преданные ученики (Торричелли, Вивиани и другие) смогли посещать учителя.
А слов «и все-таки она вертится» Галилей не говорил; это придумка одного из его учеников.
Ко времени заключения Галилея относятся все важнейшие его издания. Кажется, потеря зрения увеличила проницательность его ума. Но благоразумие удерживало его распространять плоды своих размышлений о системе мира, и поэтому он принял возможные предосторожности для сохранения своих трудов. Рукописи он завещал Вивиани, своему ученику. Но рукописи были все же утеряны; слишком усердно их старались скрыть от врагов великого ученого.
Вот как случайно были впоследствии найдены некоторые листы. Весной 1739 года два доктора зашли к колбаснику и купили у него болонских сосисок, завернутых в бумагу. Позже один из них увидел на обертке письмо Галилея. Он вернулся к колбаснику и узнал, что тот покупал пудами такие бумаги у неизвестного ему слуги; забрал у колбасника все бумаги, и через несколько дней купил у названного ему слуги все драгоценные рукописи.
Еще несколько слов об изобретении телескопа.
Галилей первым сделал телескоп. Но, уведомляя о своем открытии венецианский сенат и описывая его пользу для республики, он ни слова не сказал о голландцах, придумавших зрительную трубу, и объявил, что если пожелает республика, то он будет делать подобные снаряды единственно для употребления моряков и войска венецианского. Но подзорные трубы продавались уже в Голландии за умеренную цену, продавались даже парижскими очечниками еще до мая месяца, то есть прежде трубы Галилея.
А по собственным словам ученого, изобретение стоило ему многих трудов, и он вывел его из тайных правил перспективы:
«Мой способ исследования был следующий. Снаряд, строение которого я хотел отгадать, составлялся из одного или многих стекол. Он не мог состоять из одного стекла, потому что фигура его должна быть или вогнутая, или выпуклая, или плоская, т. e. более или менее толще в его центре, нежели в его краях, или ограниченное параллельными поверхностями. Но последняя форма не переменяет предметов; стекло вогнутое их уменьшает, выпуклое - увеличивает, но делает неясными. И так ни одно стекло не может быть употреблено отдельно, не может производить желаемого результата. Перейдем же к соединению двух стекол; зная, что стекло с параллельными поверхностями ни к чему не послужит в соединении со стеклами, выпуклыми и вогнутыми, я сделал опыт над соединением двух стекол, одного выпуклого, а другого вогнутого, и увидел, что оно приводит к желаемой цели. Таков был ход моих рассуждений, и опыт подтвердил их истину».
Но как бы то ни было, труба Галилея произвела всеобщий восторг. Сам изобретатель упоминает, что он более месяца не отходил от своего снаряда и выбивался из сил, показывая его любопытным. Без сомнений, первое употребление подзорной трубы для астрономических открытий принадлежит Галилею.
В XVII веке астрономия продвинулась вперед уже так далеко, что не могла развиваться дальше без государственной помощи.
Долгое время она существовала за счет своей вечной попутчицы - астрологии. Вера в возможность предсказания будущего по гороскопам побуждала владетельных особ содержать при себе астрономов и тратить деньги на устройство обсерваторий. Распространение научных представлений отняло у астрономии этот ресурс именно в тот момент, когда она стала нуждаться в особо дорогих инструментах и в постоянных систематических наблюдениях, которые были возможны только в учреждениях, содержащихся на государственный счет.
Последней большой обсерваторией, принадлежавшей частному лицу, была обсерватория Гевелия (1611–1687) в Данциге. Будучи сыном богатого пивовара, Гевелий посвятил все свое свободное время астрономии. В 1641 году он построил себе обсерваторию, в которой сразу же предпринял важные работы. В 1647 году издал книгу «Селенография», представлявшую собой очень подробное и точное описание Луны. Это сочинение - плод огромного труда, для которого рисунки были гравированы собственными его руками, - утвердило его славу во всем мире. Когда Людовик XIV, по внушению Кольбера, изъявил свое благоволение знаменитым современным ученым, тогда и Гевелий не был забыт: он получил единовременную денежную награду и ежегодный пансион.
После «Селенографии» Гевелий издал «Кометографию» (1668), а в 1673 и 1679 - две части весьма важного сочинения под заглавием «Небесный механизм», с каталогом, заключавшим в себе точное определение положения 1564 звезд (у Тихо Браге было меньше). В том же собрании предполагалось поместить наблюдения над Солнцем, планетами и Луной, но страшный пожар, уничтоживший часть Данцига 26 сентября 1678 года, сжег большую часть инструментов, библиотеку и почти все рукописи Гевелия.
От польского короля он получил позволение завести типографию и гравировальную мастерскую в залах, принадлежащих обсерватории, так что в одном заведении производились наблюдения, вычисления, гравирование и печатание. Гевелий умер 28 января 1687 года, семидесяти шести лет. В летописях науки имя его сохранится, как наблюдателя усердного и бескорыстного. Не забудут даже и его жену, как первую женщину, не побоявшуюся заняться работами, связанными с наблюдениями и вычислениями.
Каталог звезд Гевелия гораздо точнее, нежели каталог Тихо Браге. Гевелий открыл так же одну из причин качания Луны, и наконец навел астрономов на истинный путь исследований комет.
Другой любитель, знаменитый Христиан Гюйгенс (1629–1695), почти одновременно сделал два важных открытия, благодаря которым появилась возможность создания новых астрономических приборов. Он осуществил в 1657 году задумку Галилея, именно построил часы с маятником. С тех пор астрономия получила средство измерять время с такой точностью, которая была совершенно немыслима раньше. Это был огромный шаг вперед, не меньший, чем изобретение телескопа.
Гюйгенс также занимался самостоятельным изготовлением объективов. Отказавшись от мысли Декарта шлифовать стекла так, чтобы они имели не сферическую, а какую-нибудь иную поверхность, он нашел новую, более рациональную конструкцию и достиг весьма значительных результатов с инструментами, гораздо менее крупных размеров, нежели прежние. Преимущества своих приборов он подтвердил двумя открытиями: в 1656 году открыл один из спутников Сатурна, а затем, на основе наблюдения фаз кольца Сатурна, объяснил, какова природа последнего.
Между 1655 и 1663 годами Гюйгенс много раз ездил во Францию и Англию. В одно из таких путешествий по Франции он получил степень доктора права в Анжерском университете; только туда допускались протестанты. Людовик XIV, слушаясь умного Кольбера, призвал Гюйгенса в Париж. С 1666 по 1681 год Гюйгенс был самым ревностным и отличным членом Парижской академии наук.
Серьезная заинтересованность правительств в развитии астрономии имела свои корни. С тех пор, как стали предприниматься длительные морские путешествия, проблема точного определения долготы стала одной из важнейших для мореплавания. Разрешения этой проблемы можно было ждать лишь от развития астрономии и часового мастерства. Сначала Испания с Голландией, а затем Франция назначили крупные денежные награды тому, кто предложит наилучший практический способ определять долготу. Однако во Франции не было ни хороших инструментов, ни опыта в производстве наблюдений.
Кольбер не ограничился тем, что пригласил в Париж Гюйгенса. Этот великий ученый все равно не смог бы сузить применение своих гениальных способностей рамками одной только наблюдательной астрономии. Кольбер обратился также к лучшему из итальянских астрономов того времени, Джованни Доминико Кассини (1625–1712), который сначала составил проект Парижской обсерватории (открыта в 1671 году), а потом и сам приехал во Францию (в 1669).
Первые исследования, произведенные им в Париже, относились к вращательному движению Солнца, которое было измерено посредством наблюдения солнечных пятен. Кассини значительно уменьшил вычисленный Галилеем и прежними наблюдателями период этого вращения. Еще живя в Италии, он вычислил времена вращения Юпитера, Марса и Венеры. Не достигнув никакого определенного результата в отношении Сатурна, он открыл, однако, четыре спутника этой планеты, сверх открытого Гюйгенсом.
Неоценимого сотрудника Кассини нашел в лице Пикара, который вместе с Оэу изобрел в 1666 году микрометр, после незначительных усовершенствований оставшийся в употреблении и до наших дней. Посланный в Данию, чтобы точнее установить положение старой обсерватории Тихо Браге, Пикар привез с собой в 1672 году Олафа Ремера (1644–1719), оставшегося работать во Франции.
Вскоре примеру Франции последовала Англия. Постройка обсерватории в Гринвиче была окончена в 1676 году, однако для того, чтобы создать астрономические традиции, английское правительство не нуждалось, подобно французскому, в помощи иностранцев. Первый директор английской обсерватории Фламстед (1646–1719) оказался отличным наблюдателем. Заменивший его впоследствии Галлей (1655–1742) не уступал ему в искусстве делать наблюдения.
Постройка Парижской обсерватории еще не была закончена, когда Академия наук выполнила важную задачу, которую с надлежащей точностью не могли бы выполнить отдельные частные лица. Академия поручила Пикару (1620–1682) произвести измерение градуса земного меридиана. Результат этого измерения, опубликованный в 1671 году, вскоре помог Ньютону установить закон всемирного тяготения. С 1681 года тот же Пикар начал редактировать журнал, издание которого, преследующее интересы мореплавания, перешло потом в специальное «Бюро долгот».
Пикар, сотрудник Кассини, в 1667 снабдил телескоп разделёнными кругами, по которым отсчитывались углы с точностью до секунды дуги; это определило соответствующую точность измерений сферических координат звёзд, без чего не был бы возможен дальнейший прогресс в области астрометрии и звёздной астрономии.
Изучая затмения спутников Юпитера, еще один из сотрудников Кассини, Ремер, сделал важнейшее для оптической теории открытие, а именно определил скорость распространения света. Если принять во внимание геодезические работы, которыми руководил Кассини, то можно сказать, что с самого начала своей деятельности парижская обсерватория удовлетворила и требованиям науки, и желаниям своего основателя.
Однако в 1652 году Кассини все еще полагал Землю в центре мира; при явлении кометы 1652 года утверждал, что она образовалась недавно от земных испарений и так же от испарений других планет; предлагал эллиптические орбиты Кеплера переменить на другую кривую, назвав ее кассиноидой… Но заблуждения Кассини забыты, а его астрономические труды остались.
Гринвичская обсерватория, не располагавшая достаточными денежными средствами, приобрела известность значительно позже.
Рене Декарт, имевший латинизированное имя Картензий, - французский философ, физик, математик, физиолог. Смысл его учения стал доступен пониманию только сегодня, когда идеи самоорганизации стали предметом изучения. Для Декарта космогонические процессы имели естественный характер; в них сама природа создает и распутывает хаос по законам, вложенным ею в этот хаос.
Идеологическая борьба вокруг философии Декарта началась еще при его жизни и продолжается сегодня. Боясь инквизиции (помня о судьбе Галилея) он не опубликовал полностью свою философскую концепцию, описывающую, исходя из неких общих принципов, все - начиная со Вселенной, и заканчивая человеком. Возможно, современники чувствовали внутреннюю силу его философии, но она противоречила тогдашнему уровню знания, и это не позволило ей стать полноценной заменой аристотелевской картины мира.
Декарт родился 31 марта 1596 года. Десять лет, до 1615учился в Ла-Флеш под надзором иезуитов. Школе покровительствовал король Франции Генрих IV, отдавший для него свой фамильный замок и оказывавший щедрую финансовую поддержку; здесь были кафедры права и медицины, так что это был, по сути дела, университет с подготовительным отделением.
Затем Рене жил в Париже, потом уехал в Голландию и там в 1617 году вступил волонтером в армию. Однажды, находясь в гарнизоне Бреды, он подошел к толпе, читавшей объявление на фламандском языке. В объявлении был вызов на решении одной геометрической задачи. В толпе находился профессор математики, Бекман, который по просьбе Рене перевел объявление. На другой день молодой волонтер явился к профессору с решением задачи; так началась дружба между Бекманом и Декартом.
Из голландских войск Декарт перешел в баварские, и таким образом проехал почти через всю Германию. При этом он почему-то не посетил Кеплера, тогда уже знаменитого астронома, которого после называл своим учителем в оптике. В 1619 году задержался во Франкфурте на коронации императора Фридриха II, а когда стал догонять свою армию, застрял из-за зимы в какой-то деревне, в которой ему совершенно нечего было делать. Вот тогда-то он решил всерьез заняться математикой, так мало того, в праздности гарнизонной службы Декарт занялся колоссальным проектом, затеяв преобразовать всю философию.
В то время в Германии был популярен орден розенкрейцеров, обещавших людям новую науку и истинную мудрость. Декарт несколько раз собирался вступить в их ряды. Но в Париже отношение к ордену было отрицательное, и друзья стали его отговаривать от его намерения. Чтобы объяснится с ними, он приехал в Париж; здесь узнал о смерти своего родственника, имевшего должность в управлении французской армии в Италии. Он выпросил себе место умершего родственника и уехал в Италию.